李宏洲

1.前言

冷軋板形作為一項(xiàng)重要的指標(biāo)，直接體現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的水平，同時(shí)關(guān)系到后續(xù)連續(xù)機(jī)組的穩(wěn)定生產(chǎn)。目前在板形評(píng)價(jià)方面各冷軋廠標(biāo)準(zhǔn)不盡統(tǒng)一，無法系統(tǒng)的評(píng)價(jià)帶鋼的質(zhì)量。自動(dòng)板形控制系統(tǒng)（Automatic Shape Control，即ASC）是目前冷軋廠控制板形的重要手段，其控制手段主要有軋輥傾斜、工作輥，中間輥彎輥力控制及乳化液分段冷卻控制[1-3]。目前國內(nèi)學(xué)者對(duì)于板形評(píng)價(jià)和ASC系統(tǒng)優(yōu)化的研究較為關(guān)注，專家學(xué)者們已經(jīng)有了一些相關(guān)研究。張清東等[4]研究了一種計(jì)算板形應(yīng)力指標(biāo)和實(shí)物縱向波浪度的評(píng)價(jià)方法。張敬山[5]等較為詳細(xì)的解析了冷軋ASC的控制流程，提出了具體的控制計(jì)算方式。本文采用了區(qū)段式的冷軋板形評(píng)價(jià)方法，較為系統(tǒng)的對(duì)帶鋼質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，建立了具有針對(duì)性的ASC參數(shù)優(yōu)化規(guī)則，對(duì)提升冷軋產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

2.板形儀配置及控制原理

某酸軋機(jī)組采用瑞典ABB公司的分段接觸式板形儀輥，通過將板形儀輥分成40個(gè)測量通道，每個(gè)通道內(nèi)在圓周方向安裝有四個(gè)傳感器，在輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)連續(xù)測量帶鋼作用在測量區(qū)段上的徑向壓力。在軋機(jī)軋制過程中，由于板形的差異，實(shí)際作用在各測量通道上的壓力不完全一致，壓力差異以電磁信號(hào)進(jìn)行輸出，通過相應(yīng)的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化得到帶鋼板形數(shù)據(jù)。而ASC控制程序是ASC系統(tǒng)的核心，主要功能是通過對(duì)實(shí)時(shí)的板形偏差進(jìn)行分解，計(jì)算出板形控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)量，并且根據(jù)板形偏差的不同計(jì)算彎輥力及工作輥上對(duì)應(yīng)的乳化液噴嘴的開閉狀態(tài)[6-9]。

3.板形評(píng)價(jià)規(guī)則

板寬覆蓋板形儀輥n個(gè)檢測通道，對(duì)各通道檢測結(jié)果按照每米一次進(jìn)行記錄，每間隔50米進(jìn)行一次數(shù)據(jù)均值計(jì)算，各通道均值計(jì)算后的數(shù)據(jù)分別記錄為Ni(i=1,2…n)，依據(jù)對(duì)Ni數(shù)值分別進(jìn)行運(yùn)算處理，可以從對(duì)稱性、控制幅度以及局部異常點(diǎn)數(shù)三個(gè)方面對(duì)此50米長度帶鋼進(jìn)行板形評(píng)價(jià)。

鋼卷軋制完成后，進(jìn)一步通過對(duì)每50米長度判定結(jié)果在鋼卷全長范圍內(nèi)的分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分級(jí)，實(shí)現(xiàn)全長帶鋼的板形評(píng)價(jià)。三個(gè)方面評(píng)估結(jié)果獨(dú)立輸出，同時(shí)關(guān)聯(lián)三個(gè)方面的輸出結(jié)果得出綜合板形評(píng)級(jí)，板形判定結(jié)果可以隨鋼卷二級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞。板形評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)計(jì)算過程應(yīng)剔除帶鋼頭尾15米長度數(shù)據(jù)，防止對(duì)整體評(píng)價(jià)結(jié)果造成干擾。

3.1 對(duì)稱性評(píng)價(jià)

對(duì)稱性是板形評(píng)價(jià)的首要因素，使用最小二乘法對(duì)Ni數(shù)據(jù)進(jìn)行二次曲線擬合：Ni=ax2+bx+c，提取多項(xiàng)式系數(shù)a和b，按照式（1）計(jì)算板形對(duì)稱性系數(shù)S。

依據(jù)預(yù)先設(shè)定對(duì)稱性系數(shù)判定標(biāo)準(zhǔn)，給出此段帶鋼的對(duì)稱性分級(jí)評(píng)價(jià)。對(duì)稱性標(biāo)準(zhǔn)按照ABCD四擋設(shè)定：A:S≤100%±5%；B:S≤100%±10%；C:S≤100%±20%；D:S＞100%±20%。

通過模擬計(jì)算，分別對(duì)對(duì)稱性評(píng)價(jià)為90%、100%、110%的鋼卷實(shí)際板形進(jìn)行比對(duì)，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)稱性為90%和110%情況下，帶鋼浪形中值分別偏向帶鋼兩側(cè)，100%時(shí)，帶鋼浪形保持完全對(duì)稱狀態(tài)。

3.2 控制幅度評(píng)價(jià)

板形控制幅度的大小直接影響實(shí)物板形的宏觀觀測。通過對(duì)帶鋼中部及邊部區(qū)域檢測數(shù)值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，客觀描述帶鋼浪形控制幅度。按照式（2）、式（3）、式（4）計(jì)算浪形幅度系數(shù)R=Ri(i=1,2,3)，依據(jù)工藝板形控制要求，給出此段帶鋼的浪形幅度評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按照ABCD四擋設(shè)定：A:控制幅度100%以內(nèi)；B:控制幅度120%以內(nèi)；C:控制幅度140%以內(nèi)；D:控制幅度超過140%。

3.3 局部異常點(diǎn)評(píng)價(jià)

局部異常點(diǎn)為板形偏離正常曲線趨勢的位置，通過計(jì)數(shù)方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。在宏觀板形上表現(xiàn)為局部浪形。偏離正常曲線計(jì)算采用相鄰?fù)ǖ罊z測數(shù)據(jù)的差值表示，按照式（5）計(jì)算得出局部異常點(diǎn)評(píng)價(jià)P。

依據(jù)異常點(diǎn)判定標(biāo)準(zhǔn)，給出此段帶鋼的浪形局部異常點(diǎn)評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按照ABCD四擋設(shè)定：A:異常點(diǎn)數(shù)≤2；B:異常點(diǎn)數(shù)≤3；C:異常點(diǎn)數(shù)≤4；D:異常點(diǎn)數(shù)＞4。

3.4 評(píng)價(jià)結(jié)果輸出

鋼卷軋制完成后，板形對(duì)稱性、控制幅度、局部異常點(diǎn)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)在帶鋼全長范圍內(nèi)形成各自對(duì)應(yīng)ABCD分級(jí)的占比數(shù)值，并獨(dú)立輸出。同時(shí)按照表1設(shè)定規(guī)則，三項(xiàng)獨(dú)立評(píng)估中的最低級(jí)別作為判定結(jié)果，輸出為該鋼卷綜合板形評(píng)價(jià)結(jié)果。

表1 板形綜合評(píng)價(jià)規(guī)則

3.5 評(píng)價(jià)規(guī)則動(dòng)態(tài)調(diào)整

在該板形評(píng)價(jià)方法中，對(duì)稱性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、控制幅度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、局部異常點(diǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、工藝板形控制要求以及板形綜合評(píng)價(jià)規(guī)則均是作為初始設(shè)定的判定依據(jù)進(jìn)行計(jì)算輸出，各個(gè)規(guī)則可依據(jù)生產(chǎn)質(zhì)量控制的需要進(jìn)行修正優(yōu)化修正。同時(shí)亦可以通過縮短板形均值采集周期的方式實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)的板形結(jié)果評(píng)價(jià)輸出。在實(shí)際使用過程中具有較高的靈活性。

4.基于評(píng)價(jià)規(guī)則的ASC系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)用

目前該評(píng)價(jià)規(guī)則已在酸軋線初步投入使用，板形評(píng)價(jià)輸出及板形判定規(guī)則均可以進(jìn)行系統(tǒng)查詢和修正。評(píng)價(jià)規(guī)則上線之初，并未采用針對(duì)問題進(jìn)行ASC系統(tǒng)優(yōu)化。從判定結(jié)果的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看（見圖2），板形對(duì)稱性A級(jí)合格率不到23%，異常點(diǎn)A級(jí)合格率僅4.96%，浪形幅度A級(jí)合格率達(dá)到80.93%，綜合板形判定評(píng)級(jí)較低，需要進(jìn)一步的優(yōu)化。

圖2 優(yōu)化前板形判定結(jié)果統(tǒng)計(jì)

4.1 對(duì)稱性優(yōu)化方法

對(duì)稱性主要反映在軋輥傾斜控制上，在ASC軋輥傾斜控制模塊中，計(jì)算過程如式(6)所示。

式中：tilt－傾斜控制量，a1－板形誤差擬合曲線一次系數(shù)，Ctilt－軋輥傾斜作用系數(shù)。

根據(jù)查詢程序控制地址，軋輥傾斜作用系數(shù)Ctilt為0.1，并據(jù)此建立優(yōu)化規(guī)則如表2所示。

表2 軋輥傾斜作用系數(shù)優(yōu)化規(guī)則

根據(jù)建立的規(guī)則，將軋輥傾斜作用系數(shù)Ctilt0.1改為0.12。

4.2 控制幅度優(yōu)化方法

控制幅度A級(jí)較高，在目前的實(shí)際應(yīng)用中并不需要對(duì)ASC控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)已有規(guī)則，末機(jī)架ASC彎輥力控制計(jì)算過程如式(7)所示。

式中：WB、IB－為工作輥和中間輥的彎輥控制量；fw、fI－為彎輥控制的計(jì)算參考量；gw、gI－為工彎輥控制有效性增益標(biāo)志；

若控制幅度效果不佳，則依據(jù)表3規(guī)則，對(duì)彎輥增益值進(jìn)行調(diào)整。但目前板形控制幅度效果較好，并不需要進(jìn)行額外修正。

表3 軋輥傾斜作用系數(shù)優(yōu)化規(guī)則

4.3 局部高點(diǎn)優(yōu)化方法

局部高點(diǎn)產(chǎn)生無法通過調(diào)整彎輥力或軋輥傾斜的方法進(jìn)行控制，只能使用乳化液分段冷卻方法。在ASC系統(tǒng)中，乳化液分段冷卻控制采用的是模糊控制原理。

根據(jù)評(píng)價(jià)規(guī)則，修改模糊控制規(guī)則，改善局部高點(diǎn)情況。目前設(shè)定的板形偏差范圍：-aa_lev～+ aa_lev[-7～7I]，將其修正為-aa_lev～+ aa_lev [-6～6I]，即降低其乳化液開嘴條件，提高乳化液開嘴時(shí)間。

4.4 優(yōu)化結(jié)果

從判定結(jié)果的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看（見圖3），板形對(duì)稱性A級(jí)合格率從不到23%提升到52%左右，異常點(diǎn)A級(jí)合格率從4.96%提升至25.65%，浪形幅度A級(jí)合格率基本維持在80%左右?？梢悦黠@的看出，板形對(duì)稱性有了明顯的提高，異常點(diǎn)問題也得到了初步的解決。

圖3 優(yōu)化后板形判定結(jié)果統(tǒng)計(jì)

5.結(jié)論

本文根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)生的板形問題，同時(shí)基于ASC的控制手段，建立了基于區(qū)段式的冷軋板形評(píng)價(jià)方法，可以將人工模糊判斷的過程以數(shù)字化的形式展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)板形質(zhì)量的量化判定，促進(jìn)冷軋板形質(zhì)量的持續(xù)改善。同時(shí)解析冷軋自動(dòng)板形控制系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的帶鋼評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)ASC系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。通過建立的評(píng)價(jià)規(guī)則和ASC優(yōu)化規(guī)則結(jié)合的方式，不僅可以準(zhǔn)確系統(tǒng)地表征帶鋼的板形質(zhì)量，還可以針對(duì)已有問題進(jìn)行優(yōu)化。該方法較好地提升了板形質(zhì)量，可滿足現(xiàn)場生產(chǎn)要求。